交流电机变频调速控制系统研究

交流电机变频调速控制系统研究

黄立文

江苏省镇江市句容发电有限公司，江苏省镇江市，212000

摘要：近年来，各项现代化技术均处在快速发展进程中，其中有众多先进技术已经被应用到各个领域中，推动了不同产业的发展。交流调速技术属于其中一项应用较为广泛的技术，当前，国内有众多大规模工业项目开始应用交流调速传统技术。在风机或是高速铁路推动牵引方面均有涉及此项技术的应用。

关键词：交流电机；变频调速；控制系统

在市场容量的不断扩增下，世界范围内相关企业之间的产品竞争力势必会随之上升，直接转矩控制会作为产品技术竞争的关键点。在深入开发与展示DTC技术优势的基础上，市场宣传倾向于DTC转矩响应速度优势，能够实现1～3ms，且可完成无速度传感器调速控制。在我国经济快速发展的过程中，许多项目广泛应用了交流调速技术。中国许多大型的工业项目都应用了交流调速传统技术，比如，风机、水泵高压变频节能传动，高速铁路推动牵引，大型的冷轧机和热轧机交流传动，大型的船舶电力推进，以及西气东输工程中的大型压缩机传动等等。

1变频器的发展

在运动控制系统之中，变频器就是功率变换器。现今，运动控制系统涉及了多个学科技术领域，呈现出来的总体发展趋势不仅是驱动变得交流化，而且是功率变换器呈现高频化，还是控制变为数字化、智能化以及网络化。所以，作为在系统中扮演着重要角色的功率变换部件，变频器因为拥有着具有可控性的高性能变压变频交流电源而获得快速迅猛发展。伴随着各类技术以及理论的发展壮大，电力半导体器件以及微处理器也在逐渐提高其性能，随之而来的就是变频驱动技术同时也获得了高速发展。当然，也正是因为在变频器技术中使用了较为复杂控制技术才使得变频器性能在逐步的提高，其应用范围也在这个过程之中逐渐扩大。现在的变频器已经不只是局限于传统电力拖动系统中获得广泛应用，而是在所有的工业生产领域都有所涉足，比如在我们周围的家电产品中就时常能够看到它们的身影。其实，作为一项综合性技术，变频器技术是多项技术的总和，也正是因为有了这些技术的共同发展的支撑力才使得变频器技术在如此短的时间内得到了如此快速的发展。其实，变频器技术在多项技术之中汲取了其有利方面融合到自身的发展进步之中，所以，变频器技术才能够获得最为综合的发展。总而言之，变频器技术的成长以及进步无疑是伴随着这些技术的发展而获得的。

2无速度传感器控制

尽管在部分产品销售宣传的时候，有着DTC技术拥有着用无速度传感器来控制DTC变频器，并且在零速状态下达到满负荷输出的说法，不过此类说法是错误的。不管是VC还是DTC所采用的都是完全一样的交流电机的设计模型，不过DTC却没有获得有关于无速度传感器控制的专利。因此就无速度传感器控制而言，其实是属于VC控制和DTC控制的一类相同研究内容。国外有一个知名的教授就反复强调了DTC变频器并没有拥有很好的低速控制性，因此为楼市的变频器获得高速性能就必须使用ISR间接控制方式，此类控制方式的主要原理在于使用电流及电压来在电机模型之中获得转子磁链，同时可以让转子磁链控制来对DTC低速性能进行补偿。其实对于控制系统而言，当在低速的时候使用ISR，一旦速度获得提升才会进入DTC状态，这就意味着需要利用VC来对DTC进行低速控制。就无速度传感器而言，其是交流电机调速控制研究之中的一项关键内容，同时也是在变频器生产制造之中的一个关键研究方向。现在我们国家已经投入了大量的研究于无速度传感器之中，不过离发达国家的水平还有一段距离。

3变频器稳态特征

其实，DTC变频器的控制系统拥有优秀的转矩响应，不过此类变频器却不拥有确定的开关频率，因此时常会出现随机变化，在分析了DTC变频器之后发现了几个主要问题。首先是在电子电力元器件有着相同的情况之下，变频器只会拥有比较小的输出容量。其次就是变频器效率会比较低，而且变频器输出电压也会比较大。再者是变频器推动有较大的电流谐波和电压。最后，在客观的分析之下，相比于矢量控制而言，DTC的变频器还是存在着较大的区别的，这也将意味着很难在开关频率确定的基础之下消除谐波PWM控制。因此，从客观层面上来看，比较于VC形式而言，DTC控制变频器并没有足够优良的实际稳态指标，所以，倘若通用变频器没有严格的要求动态性能指标的话，那么最为主要的就是实际的效率、容量利用率和实际变频器谐波。其实，VC模式具有特别高的应用意义同时拥有着十分明显的优势。所以对一部分的大众型传感设备而言，倘若工作人员选择的是高压三电平变频器，就必须要时刻关注着变频器具体容量指标以及实际效率。

4转矩响应分析

通过使用DTC直接转矩控制下的交流调速系统，相应的转矩响应速度要明显高于矢量控制。直接转矩控制系统中，相应的转矩阶跃响应大概在1ms左右。矢量控制系统中，相应的转矩阶跃响应在6到7ms之间。对于DTC的转矩响应为什么比矢量控制更快，一般来说，对于DTC这种控制系统，实际的定子转矩都是由相应的电机电压以及实际电流来进行计算的，为了达到相应变频器PWM控制的要求，使用了砰-砰控制的模式，在这种系统中，并没有包含相应的电流控制环路，因此相关人员对于控制系统的关注，不能放在电压上，而需要放在电流方面，把实际的交流电流依据磁场的相应坐标轴，划分成转矩分量以及相应的磁场分量，给予针对性的控制。要把关注点放到控制电流上，对于交流电机，如果想要加快转矩响应，如果不改变磁链就需要，加快电流的变化，这就需要电压产生快速的变化。对于矢量控制系统来世，有电流调节器来控制输出电压，所以对于电流的调节会产生一定的滞后。但是，当前的适量控制系统中，可以通过调节和控制电流以及前馈电压来产生输出电压，通过前馈电压控制可以提升动态响应速度，而且可以通过精确计算模型来控制电压输出，不会产生过冲现象，而且电流处于受控范围中。DTC因为缺乏电流控制环路，所以电压能够产生过冲现象，所以电机的加速电流比较高，自然而然就能获得较快的转矩响应以及电流响应。DTC变频器实际上具有极强的转矩响应，这是无可争议的。我国著名的清华大学对电机的实际实验报告结果也肯定的证实了相应的结论。如果真的对于转矩响应的要求非常之高，比如交流伺服传动的情况或者机车牵引的情况，就可以应用DTC技术。如果相应的场合对于转矩响应只有比较低的要求，尤其是具有齿轮连接的传动情况，如果转矩响应太快，不仅无法带来好处，还会产生负面效果。

5结语

总而言之，在讨论了VC技术和DTC技术的相关内容之后，必须要完全将市场竞争中含有的商业因素加以排除，实际的目的是在于在了解了相关技术真实面目之后不断加强对VC技术和DTC技术的相关实践以及理论研究。在对比了VC技术和DTC技术的优缺点之后，笔者认为对于适用的场合的明确是十分重要的，但是更加重要的还是要极力找出VC技术和DTC技术的发展问题加以解决，相关人员也需要共同为今后的交流电机调速控制技术出谋划策。

参考文献：

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